SE526510C2

SE526510C2 - RFID encoding

Info

Publication number: SE526510C2
Application number: SE0402571A
Authority: SE
Inventors: Dhanesh G Kurup
Original assignee: Cpum
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2005-09-27
Also published as: ATE494596T1; EP1805904B1; DE602005025792D1; SE0402571D0; WO2006043876A1; EP1805904A1; US8045641B2; SE0402571L; US20080001750A1

Abstract

A method is disclosed for generating data encoded RF (radio frequency) waveform without a separate memory device/chip. The hardware in the proposed method consists of entities performing the operations of time-delay (B), phase shifting (C), attenuation, power dividing (D) and power combining (E). An integral part of the invention is the application of the method in designing radio frequency identification devices or RFID-tags.

Description

526 510 I. tillgängliga etiketterna på marknaden idag, ett större funktionsavstånd- sområde, när de jämförs med passiva etiketter, t.ex. patentet US 6,62l,4l7. 526 510 I. available labels on the market today, a larger operating range, when compared to passive labels, e.g. U.S. Patent 6,62,147.

SUMMERING AV UPPFINNINGEN Uppfinningen hänför sig till ett förfarande för alstring av en RF-vågfonn som innehåller en kod men inte kodad med användning av ett minneschip samt signalbearbetning i basband. Det underliggande antagandet i ovanstående förfarande är att det ﬁnns tillgång på en uppsättning av RF-vågformer med ändlig varaktighet och med olika frekvenser. Dessa vågformer kan alstras lokalt i förväg eller kan göras trådlöst tillgängliga via antenner i en avlägsen anordning. Dessa signalskurar med ändlig varaktighet kan lämpligen härefter benämnas modersignaler. För att alstra den kodade vågformen, manipuleras först moder-signalerna i tid- fas- och amplituddomänen, varvid en uppsättning dottersignaler produceras. Huvudskíllnaden i karaktäristik mellan modersignalerna och dottersignalerna är deras effekt och upptagen bandbredd. Därefter formas uppsättningen dottersignaler individuellt, fördröjs genom på förhand fastställda tidsfördröjningar och kombineras sedan för att alstra en signalsträng, vilken innehåller dess kodade binära data. Det har noterats att alla operationerna som hänför sig till alstringen av den kodade vågformen kan göras på ett effektivt sätt. Ett av de huvudsakliga tillämpningsområdena för ovanstående förfarande är i RFID-området (Radio Frekvens Identifikation) för alstring av etiketterna. I RFID-tillärnpningarna väljs varaktigheten och formen på signalerna med ändlig varaktighet sådan att den slutligt kodade vågformen kommer att lyda effekt och bandbreddskriteria pålagda genom regulatoriska bestämmelser.SUMMARY OF THE INVENTION The invention relates to a method for generating an RF waveform which contains a code but not coded using a memory chip and signal processing in baseband. The underlying assumption in the above procedure is that there is access to a set of RF waveforms of finite duration and with different frequencies. These waveforms can be generated locally in advance or can be made wirelessly accessible via antennas in a remote device. These signal bursts of finite duration may conveniently hereinafter be referred to as parent signals. To generate the encoded waveform, the parent signals in the time, phase and amplitude domains are first manipulated, producing a set of daughter signals. The main difference in characteristics between the mother signals and the daughter signals is their power and occupied bandwidth. Thereafter, the set of daughter signals is formed individually, delayed by predetermined time delays, and then combined to generate a signal string containing its encoded binary data. It has been noted that all the operations relating to the generation of the coded waveform can be performed in an efficient manner. One of the main areas of application for the above procedure is in the RFID (Radio Frequency Identification) area for generating the labels. In the RFID applications, the duration and shape of the signals with finite duration are selected so that the final coded waveform will obey power and bandwidth criteria imposed by regulatory provisions.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppñnningen, tillsammans med ytterligare ändamål och fördelar med denna kan bäst förstås genom hänvisning till följande detaljerade beskrivning läst tillsammans med de medföljande ritningarna, i vilka: FIG. 1 är ett exempel på en ändligt varaktig modersignal, 526 510 s FIG. 2 illustrerar alstring av en dottersignal från en modersignal, FIG. 3 illustrerar alstring av en kodad signalsträng för PSK eller ASK eller PPM som innehåller bínära data , samt FIG. 4 illustrerar alstring av en kodad signalsträng för FSK som innehåller binära data.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention, together with further objects and advantages thereof, can best be understood by reference to the following detailed description read in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is an example of a finite permanent mother signal, 526 510 s FIG. 2 illustrates the generation of a daughter signal from a parent signal, FIG. 3 illustrates the generation of an encoded signal string for PSK or ASK or PPM containing binary data, and FIG. 4 illustrates the generation of an encoded signal string for FSK that contains binary data.

DETALJERAD BESKRIVNING I en föredragen utföringsform kan uppfinningen beskrivas som följer: Antag förekomst av K RF-signaler SfM med ändlig varaktighet (moder- signalerna) med lokalt olika frekvenser för en given varaktighet Ti, 1 _< i _< K.DETAILED DESCRIPTION In a preferred embodiment, the invention can be described as follows: Assume the occurrence of K RF signals SfM with finite duration (the parent signals) with locally different frequencies for a given duration Ti, 1 _ <i _ <K.

En binärt nyckad vágform till /från, till exempel en sínusformad våg med fast varaktighet när TILL och noll signal när FRÅN, är ett exempel pä en modersignal, se Fig. 1. Modersignalerna kan emellertid även förvärva andra former, men med fast varaktighet liknande den i Fig. 1.A binary keyed waveform on / off, for example a sinusoidal wave with a fixed duration when ON and zero signal when OFF, is an example of a parent signal, see Fig. 1. However, the parent signals can also acquire other shapes, but with a fixed duration similar to the in Fig. 1.

Uppﬁnningen hänför sig till alstringen av K ytterligare signaler, SjC hänförda som dottersignaler med varaktighet I), 1 S j _< K med användning av RF- tidsfördröjningar, effektdelare och effektkombinatorer. Det skall noteras att 1]- < '_11 i Fig. 2 är ett exempel på alstring av en dottersignal från en modersignal av typen visad i Fig. 1. Som kan ses delar först en tvåvägs effektdelare modersignalen S1M (se Fig. 2, block A) i två grenar med lika effekt och förs därefter genom två olika fördröjningar TDi och TD2 (se Fig. 2, blocken B) med begränsningen att TDi < TM, TD2 < TM, där TM är varaktigheten av modersignalen. I en gren förutom tidsfördröjningen finns det fasskiftare med vinkel l80° (se Fig. 2, block C). Kombinationen av signalerna i de två grenarna med användning av en tvävägskombinator' (se Fig. 2, bieek E) resulterar i dettereigrreien src med varaktighet IT02 - TDrI och en svans med varaktighet l TD2 - TDil. 526 510 '1 Som kan ses i Fig. 2, markeras uppträdandet av svansen genom ett tidsgap för (TM- lTDz - TD1l) från försvinnandet av dottersignalen. Det skall noteras att fördröjningarna och varaktigheten av modersignalen väljs så att den kodade vågformen produceras i detta gap i enlighet med operationema beskrivna som följer.The invention relates to the generation of K additional signals, SjC classified as daughter signals of duration I), 1 S j _ <K using RF time delays, power dividers and power combiners. It should be noted that 1] - <'_11 in Fig. 2 is an example of generating a daughter signal from a mother signal of the type shown in Fig. 1. As can be seen, parts first a two-way power divider mother signal S1M (see Fig. 2, block A) in two branches with equal power and then passed through two different delays TDi and TD2 (see Fig. 2, blocks B) with the limitation that TDi <TM, TD2 <TM, where TM is the duration of the mother signal. In a branch in addition to the time delay, there are phase shifters with an angle of 180 ° (see Fig. 2, block C). The combination of the signals in the two branches using a two-way combiner '(see Fig. 2, bieek E) results in the detreige gear src with duration IT02 - TDrI and a tail with duration l TD2 - TDil. 526 510 '1 As can be seen in Fig. 2, the occurrence of the tail is marked by a time gap for (TM-lTDz - TD11) from the disappearance of the daughter signal. It should be noted that the delays and duration of the parent signal are selected so that the coded waveform is produced in this gap in accordance with the operations described as follows.

Varje dottersignal från en speciell modersignal kan multipliceras eller klonas till ett ﬂertal dottersignaler med samma form och låga effekt med hjälp av en effektdelare. Genom att utsätta varje sådan dottersignal för tidsfördröjningar och (eller) fasskíft och (eller) dämpning och sedan kombinering, kan vi alstra en signalstrång som har egenskaperna för en kodad RF-signal. Vi demonstrerar först denna idé genom alstrande av en kodad signal som innehåller data med N bitar. Därefter demonstrerar vi alstrandet av en signalstrång från två skilda dottersignaler (två olika frekvenser), som innehåller data med N-1 bitar.Each daughter signal from a particular parent signal can be multiplied or cloned into several daughter signals with the same shape and low power using a power divider. By subjecting each such daughter signal to time delays and (or) phase shifts and (or) attenuation and then combining, we can generate a signal string having the properties of an encoded RF signal. We first demonstrate this idea by generating an encoded signal that contains data with N bits. Then we demonstrate the generation of a signal string from two different daughter signals (two different frequencies), which contains data with N-1 bits.

Fig. 3 visar ett allmänt blockschema som visar alstringen av en signalstrång från en enda dottersignal som innehåller data med N bitar som har egenskaperna för antingen PSK (fasskiftsnyckling), ASK (amp1itudskifts- nyckling) eller PPM (pulspositionsmodulation). Fig. 3 består av en N-vägs effektdelare (se Fig. 3, block A), N tidsfördröjningar (se Fig. 3, blocken B), N fasskíftare (se Fig. 3, blocken C), N dämpare (se Fig. 3, blocken D) och en N- vägs effektkombinator (se Fig. 3, block E). De olika signalsträngsformaten kan erhållas som följer.Fig. 3 is a general block diagram showing the generation of a signal string from a single daughter signal containing N-bit data having the properties of either PSK (phase shift keying), ASK (amplitude shift keying) or PPM (pulse position modulation). Fig. 3 consists of an N-way power divider (see Fig. 3, block A), N time delays (see Fig. 3, block B), N phase shifters (see Fig. 3, block C), N attenuator (see Fig. 3). 3, block D) and an N-way power combiner (see Fig. 3, block E). The different signal string formats can be obtained as follows.

Varje dottersignal från en speciell modersignal kan förstärkas eller klonas till åtskilliga dottersignaler av samma fonn och låga effekt med hjälp av en effektdelare. Genom att utsätta varje sådan dottersignal för tidsfördröjningar och (eller) fasskíft och (eller) dämpning och sedan kombinera, kan vi alstra en signalstrång som har egenskaperna för en kodad RF-signal. Vi demonstrerar först denna idé genom alstring av en kodad signalstrång som innehåller data med N bitar. Därefter demonstrerar vi alstríngen av 526 510 -n signalsträng från två olika dottersignaler (två olika frekvenser), som innehåller data med N-1 bitar.Each daughter signal from a particular parent signal can be amplified or cloned into several daughter signals of the same form and low power using a power divider. By subjecting each such daughter signal to time delays and (or) phase shifts and (or) attenuation and then combining, we can generate a signal string that has the characteristics of an encoded RF signal. We first demonstrate this idea by generating an encoded signal string that contains data with N bits. Next, we demonstrate the generation of the 526 510 signal string from two different daughter signals (two different frequencies), which contains data with N-1 bits.

Fig. 3 visar ett allmänt blockschema som demonstrerar alstringen av en signalsträng från en enda dottersignal som innehåller data med N bitar vilken har egenskaperna för antingen PSK (fasskiftsnyckling), ASK (amplitudskiftsnyckling) eller PPM (pulspositionsnyckling). Fig. 3 består av en N-vägs effektdelare (se Fig. 3, block A), N tídsfördröjningar (se Fig. 3, blocken B), N fasskiftare (se Fig. 3, blocken C), N dämpare (se Fig. 3, blocken D) och en N-vägs effektkombinator (se Fig. 3, block E). De olika signalsträngsformaten kan erhållas som följer.Fig. 3 shows a general block diagram demonstrating the generation of a signal string from a single daughter signal containing N-bit data which has the properties of either PSK (phase shift keying), ASK (amplitude shift keying) or PPM (pulse position keying). Fig. 3 consists of an N-way power divider (see Fig. 3, block A), N time delays (see Fig. 3, block B), N phase shifters (see Fig. 3, block C), N attenuator (see Fig. 3). 3, block D) and an N-way power combiner (see Fig. 3, block E). The different signal string formats can be obtained as follows.

PSK-signalsträng: Välj dämpare (se Fig. 3, blocken D) att antingen saknas eller dâmpningsvârdet vara noll.r Välj TD,- = j x TC , j = 1 till N, där TC är varaktigheten för dottersignalen S10 vid ingången av effektdelaren (se Fig. 3, block A). Välj för fasskiftarna (se Fig. 3, blocken C), qi,- = 0°om bit bj = 1 och qi,- = 180°om bj = 0. Då liknar signalsträngen S1M0D en PSK-vågform kodad med N databitar b1, bg, .... ..bN.PSK signal string: Select attenuator (see Fig. 3, block D) to either be missing or the attenuation value to be zero.r Select TD, - = jx TC, j = 1 to N, where TC is the duration of the daughter signal S10 at the input of the power divider ( see Fig. 3, block A). Select for the phase shifts (see Fig. 3, blocks C), qi, - = 0 ° if bit bj = 1 and qi, - = 180 ° if bj = 0. Then the signal string S1M0D resembles a PSK waveform encoded with N data bits b1, bg, .... ..bN.

ASK-signalstrång: Välj fasskift att vara noll för fasskiftarna (se Fig. 3, blocken C) eller utelämnas fasskiftarna. Välj TD) = j x TC , j = 1 till N, där TC är varaktigheten för dottersignalen S10 vid ingången av effektdelaren (se Fig. 3, block A). Välj dämpningen för dämparna (se Fig. 3, blocken C), att vara Aj = 0 om bit bj = 1 och Aj- = oändlig om bj = 0. Då liknar signalsträngen S1M°D en ASK-vågform kodad med N databitar b1, bz, .... ..b1v.ASK signal string: Select phase shifts to be zero for the phase shifts (see Fig. 3, block C) or omit the phase shifts. Select TD) = j x TC, j = 1 to N, where TC is the duration of the daughter signal S10 at the input of the power divider (see Fig. 3, block A). Select the attenuation for the attenuators (see Fig. 3, blocks C), to be Aj = 0 if bit bj = 1 and Aj- = infinite if bj = 0. Then the signal string S1M ° D resembles an ASK waveform encoded with N data bits b1, bz, .... ..b1v.

PPM-signalsträng: Välj fasskift att vara noll för fasskiftarna (se Fig. 3, blocken C) eller utelämna fasskiftama. Välj för dämparna (se Fig. 3, block D) dämpningen att vara noll. Välj TD,- - TDj-z = to för bit b; = 0 och TD,- - TDfJ = t1 för bit bj- =1 där to # t; och j =2 till N. Då liknar signalsträngen SJMOD en PPM- vågform kodad med N-1 databitar bi, bz, .... ..bN-1. 526 510 v FSK-signalsträng: En FSK-signalsträng bildas med användning av ett skilt förfarande mot det i Fig. 3 på grund av kravet på två olika dottersignaler från olika modersignaler med olika frekvenser. Fig. 4 visar delvis förfarandet att alstra en FSK-signalsträng. Detta antar närvaron av två olika dottersignaler med olika frekvenser s1C eller S20, se Fig. 4. Inmatningen till tidsfördröjningarna, se Fig. 4 beror av biten som skall programmeras. Om bit b; = 0 väljs siC som inmatning annars väljs szc. Välj TD,- = j x TC , j = 1 till N, där TC är varaktigheten för dottersignal så? eller S20, (se Fig. 4, block B). En FSK-signalsträng kommer att resultera när de fördröjda versionerna av dottersignalema kombineras med användning av en N-vägs delare, (se Fig. 4, block E). Låt antalet av S10 i signalsträngen vara m. Vi kan erhålla S10 genom att använda en m-vägs effektdelare efter S10 i Fig. 2. På ett liknande sätt kan vi erhålla S20 från S29 Tillämpning på RFID-svstem Förfarandet beskrivet ovan kan användas för att konstruera en RFID-etikett och en läsare för att avkoda den kodade RF-vägformen utsänd av RFID- etiketten. RFID-etiketten kan betraktas som en sammankoppling av följande byggblock. 1. En antenn för att ta emot modersignaler från läsaren eller modersignaler alstras lokalt med användning av en oscillator.PPM signal string: Select phase shifts to be zero for the phase shifts (see Fig. 3, block C) or omit the phase shifts. Select the attenuation for the dampers (see Fig. 3, block D) to be zero. Select TD, - - TDj-z = to for bit b; = 0 and TD, - - TDfJ = t1 for bit bj- = 1 where to # t; and j = 2 to N. Then the signal string SJMOD resembles a PPM waveform encoded with N-1 data bits bi, bz, .... ..bN-1. 526 510 v FSK signal string: An FSK signal string is formed using a separate method to that of Fig. 3 due to the requirement of two different daughter signals from different parent signals with different frequencies. Fig. 4 shows in part the method of generating an FSK signal string. This assumes the presence of two different daughter signals with different frequencies s1C or S20, see Fig. 4. The input to the time delays, see Fig. 4 depends on the bit to be programmed. About bit b; = 0 is selected siC as input otherwise szc is selected. Choose TD, - = j x TC, j = 1 to N, where TC is the duration of daughter signal so? or S20, (see Fig. 4, block B). An FSK signal string will result when the delayed versions of the daughter signals are combined using an N-way divider, (see Fig. 4, block E). Let the number of S10 in the signal string be m. We can obtain S10 by using an m-way power divider after S10 in Fig. 2. In a similar way we can obtain S20 from S29. Application to RFID systems The method described above can be used to design an RFID tag and a reader to decode the encoded RF pathform emitted by the RFID tag. The RFID tag can be considered as an interconnection of the following building blocks. An antenna for receiving parent signals from the reader or parent signals is generated locally using an oscillator.

Likströmseffekt till oscillatorn kan erhållas med användning av RF-effekt från läsaren eller via ett batteri. 2. Byggblock för att alstra den datakodade RF-vågformen baseras på ett givet modulationsformat som beskrivet ovan. 3. Valfria byggblock som förstärkare används för att öka effekten för den kodade vågformen. 4. En antenn används för att sända den datakodade RF-vågformen.DC power to the oscillator can be obtained using RF power from the reader or via a battery. Building blocks for generating the data-coded RF waveform are based on a given modulation format as described above. Optional building blocks are used as amplifiers to increase the power of the coded waveform. 4. An antenna is used to transmit the data-coded RF waveform.

Läsaren är konstruerad på sådant sätt att avkoda den kodade vågformen.The reader is designed in such a way as to decode the coded waveform.

Claims

526 510 7 PATENT REQUIREMENTS

Method for generating a binary data modulated waveform for encoding labels in RFID systems, characterized by the steps of: generating K signals SiM classified as parent signals of duration Ti, where i = 1 to K, generating from the K parent signals K additional signals with a duration l) - and classified as daughter signals .Sj-C where j = 1 to K, and Tj <Ti, division of each of the daughter signals by means of a power divider into N daughter signals with equal power, introduction of different delays TD , - to the daughter signals where TD; is an integer multiple of the given duration 7}, forming a signal string by summing delayed daughter signals SjC, and thereby forming a string of N signals which will be interpreted as a binary coded signal carrying an identification information.

Method according to claim 1, characterized by the further step of introducing different phase shifts to the N daughter signals.

Method according to claim 1, characterized by the further step of introducing different attenuation to the N daughter signals.

Method according to claim 2, characterized by the further step of introducing different attenuation to the N daughter signals.

Method according to claim 1, characterized by the further step of omitting for daughter signals SjC some values in the series 1 <j <N related to a binary zero, and thereby forming the signal string as an on / off key binary signal with N bits.

Method according to claim 1, characterized by the further step of inverting each daughter signal SjC corresponding to a binary value 1 which has a time delay TDj of 2 5 6 510 S ', thereby forming the signal string as a phase shift keyed (PSK) binary coded signal.

Method according to claim 1, characterized by the further step of changing the amplitude of each daughter signal S} C corresponding to a binary value 1 which has a time delay TDj, and thereby forming the signal string as an amplitude shift keyed (ASK) binary coded signal.

Use of the method according to any one of claims 1 to 7 for encoding RF tags in RFID systems.